Perché è importante usare i fusibili in un sistema fotovoltaico

Negli impianti fotovoltaici, i fusibili CC vengono utilizzati principalmente per proteggere il cablaggio del sistema dal surriscaldamento e dall’incendio. Sono utilizzati anche per proteggere i moduli dall’incendio o dal danneggiamento più grave in caso di cortocircuito. Infatti è raro, ma a volte i pannelli solari possono subire un cortocircuito e smettere di funzionare.  Intuitivamente, potresti pensare che l’elettricità smetta semplicemente di fluire attraverso il pannello difettoso. Sfortunatamente, non funziona proprio così. Quando un pannello subisce un cortocircuito, continua a consentire alla corrente esterna (generata da altri pannelli solari nell’array) di entrare nel cablaggio e nei diodi.

Una protezione dalle conseguenze di un cortocircuito

Un buon esempio per capire l’importanza dei fusibili nel fotovoltaico è una batteria al piombo acido da 12V.

Se si sviluppa un cortocircuito nell’inverter AC/DC, ad esempio, un fusibile tra esso e la batteria preverrà una possibile esplosione della batteria e interromperà il circuito abbastanza velocemente da evitare che i cavi prendano fuoco o si surriscaldino pericolosamente.

In questa situazione, la batteria, i cavi e l’inverter AC/DC verranno disabilitati in modo sicuro dal fusibile. Non sono necessari per il corretto funzionamento del sistema, ma consigliamo sempre di utilizzare fusibili o interruttori automatici per motivi di sicurezza.

Un pannello fotovoltaico in cortocircuito è come un buco nero. Risucchia solo tutta la corrente vicina. E se la quantità di corrente che un pannello difettoso assorbe è maggiore della corrente massima che può gestire in sicurezza, quel pannello (e il cablaggio) possono surriscaldarsi e prendere fuoco. E questo può, a sua volta, portare a prendere fuoco l’intera casa (o camper).

Un altro rischio di un’errata installazione dei fusibili di un impianto a pannelli solari è la possibilità di cortocircuiti che possono danneggiare dispositivi ed elettrodomestici, e possono anche danneggiare irreparabilmente il vostro impianto fotovoltaico o, perlomeno, ridurne la durata.

Una protezione dal dimensionamento errato dei cavi

Il dimensionamento errato dei cavi nel sistema di pannelli solari comporta una serie di rischi. È necessario selezionare la dimensione e il tipo di cavo corretti per il sistema, in quanto ciò ne ottimizzerà le prestazioni e ne prolungherà la longevità, oltre a svolgere un ruolo importante nell’aumentare l’affidabilità.

La dimensione dei cavi deve essere in grado di trasportare la corrente dai pannelli solari al banco batterie e ai carichi elettrici. È qui che entra in gioco il regolatore di carica. La dimensione dei cavi determinerà anche la dimensione dei fusibili che dovrai utilizzare.

Se i fili sono esposti a una sovracorrente, cosa che non dovrebbe ma può accadere in un impianto fotovoltaico, i rischi sono per lo più legati al surriscaldamento. Se la corrente che il filo è in grado di trasportare viene superata, potrebbe causare la rottura dell’isolamento e incendi. Un fusibile di dimensioni adeguate impedirà che ciò accada poiché interromperà il flusso di corrente, riducendo così il calore.

Il pericolo principale di una sovracorrente è che può provocare un incendio. In una casa o in un campeggio, questo non è l’ideale in quanto può causare danni significativi alla proprietà oltre a rendere inutilizzabile il sistema di pannelli solari.

L’importanza del corretto dimensionamento dei fusibili

Durante il normale funzionamento, il fusibile deve garantire il ruolo di conduzione. In caso di guasto elettrico (corrente anormalmente elevata rispetto alla corrente nominale), il fusibile, costituito da una striscia metallica o da un elemento a filo, assicura il ruolo di interruzione della corrente elettrica: il fusibile si scioglie per trasferimento di energia causato dal guasto elettrico.

Questi piccoli dispositivi possono trasformarsi in componenti critici in caso di dimensionamento errato. In effetti, in tali casi si osservano tassi anomali di fusione dei fusibili che portano a un’elevata diminuzione delle prestazioni dell’installazione. Questo è ancora più critico in quanto un fusibile fuso è spesso molto difficile da individuare (a meno che non sia installato il monitoraggio delle stringhe).

Le cause principali di questi crolli inopportuni sono due:

Causa termica: le scatole di derivazione che ospitano i fusibili non sono ben dimensionate e provocano il surriscaldamento del fusibile. In questo caso, la soluzione sarebbe sostituire le scatole di derivazione con quelle adeguate.

Causa elettrica: l’amperaggio o la capacità di carico della corrente devono corrispondere il più possibile alla corrente a pieno carico del circuito. Se i fusibili sono sottodimensionati, si bruceranno troppo facilmente. La soluzione è spesso la sostituzione dei fusibili con fusibili di potenza superiore.

La fusione dei fusibili può ovviamente portare a importanti perdite di produzione durante la fase di funzionamento. Si consiglia vivamente di prestare una particolare attenzione alle dimensioni dei fusibili e delle scatole di derivazione durante la fase di progettazione di un impianto fotovoltaico in quanto potrebbero aiutare a ridurre i rischi durante la fase di esercizio.

Fusibile di protezione per stringhe e campi fotovoltaici

Le condizioni operative dei fusibili sono in realtà più gravi quando le correnti di guasto sono basse rispetto a quando sono elevate in un circuito in cui è richiesta l’interruzione sotto tensione continua. I tempi di fusione sono lunghi e la rottura è ardua.

Per questo motivo, i produttori hanno creato una gamma di fusibili specificamente progettati e testati per proteggere in sicurezza gli impianti FV con tensioni CC elevate e correnti di guasto basse.

Gli impianti fotovoltaici che hanno tre o più stringhe collegate in parallelo devono avere ciascuna stringa protetta. I sistemi che hanno meno di tre stringhe non genereranno una corrente di guasto sufficiente a danneggiare i conduttori/l’apparecchiatura e quindi non rappresentano un pericolo per la sicurezza fintanto che il conduttore è stato dimensionato correttamente.

Quando tre o più stringhe sono collegate in parallelo, un fusibile su ciascuna stringa proteggerà i conduttori da danni ed eliminerà qualsiasi rischio per la sicurezza. Inoltre, isolerà la stringa guasta in modo che il resto dell’impianto fotovoltaico possa continuare a generare elettricità.

A seconda della capacità desiderata dell’impianto fotovoltaico (FV), possono essere presenti più sottoarray fotovoltaici (ogni sottoarray è costituito da più stringhe) collegati in parallelo per ottenere correnti più elevate e quindi più potenza.

Un fusibile su ciascun sottoarray proteggerà i conduttori dai guasti di corrente e aiuterà a ridurre al minimo i rischi per la sicurezza. Inoltre isolerà il sottoarray difettoso in modo che il resto dell’impianto fotovoltaico possa continuare a generare elettricità. Se successivamente vengono combinati più sotto-array, è necessario incorporare un ulteriore fusibile.

Va ricordato che le caratteristiche dei moduli fotovoltaici variano con la temperatura del modulo e con il livello di irraggiamento. Durante il funzionamento, i fusibili sono influenzati dalla temperatura ambiente.